王 雷 馬洪亮 季衛(wèi)東 白光勇

（齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161005）

機(jī)床是民生需求，是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)，也是國內(nèi)各行業(yè)發(fā)展的保障。多功能數(shù)控重型復(fù)合機(jī)床一般要求除具備車削功能外，根據(jù)不同的加工需要，還需具備銑削、鉆削、磨削、鏜削、攻絲等功能，而這就需要主傳動部件（立式工作臺、臥式主軸箱）為進(jìn)給傳動鏈，其進(jìn)給量（轉(zhuǎn)速）極低，才能適應(yīng)銑、磨、鉆等工序的需求。當(dāng)加工的零件需要在任意位置進(jìn)行銑、鉆、攻絲時，主傳動部件需要滿足高精密分度精度，此種分度結(jié)構(gòu)（C 軸分度結(jié)構(gòu)）是復(fù)合機(jī)床的核心部件，本部件的工作精度直接的體現(xiàn)了機(jī)床的層次水平，在超大型重型機(jī)床領(lǐng)域，要實現(xiàn)國際水準(zhǔn)是極其困難的。下面從幾種典型成功案例分析C 軸結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點。

1 齒輪消隙結(jié)構(gòu)C 軸箱

齒輪傳動機(jī)構(gòu)是機(jī)械中最熱衷的、最成熟的結(jié)構(gòu)之一，齒輪傳動有傳遞扭矩大，匹配慣量高，傳動效率高等優(yōu)點，但是齒輪傳動在精密機(jī)械領(lǐng)域依然存在著傳遞間隙大的巨大缺陷，這對于立式分度工作臺是極其不利的，在我廠試驗項目中，采用單西門子伺服電機(jī)帶動多級齒輪傳動鏈，驅(qū)動大齒圈（與工作臺把合一體）轉(zhuǎn)動分度，本傳動鏈布置于主傳動鏈后端，在做主運動時，撥叉將后面C 軸箱齒輪分離，待需要做C 軸分度時重新將全部齒輪鏈嚙合，利用激光干涉儀檢測分度精度，可達(dá)到±20"。

優(yōu)點：此種結(jié)構(gòu)傳動鏈簡單，齒輪加工制造容易，成本低，適應(yīng)于大多數(shù)粗加工需要的機(jī)床。

缺點：分度精度低，只能滿足工件粗略定位加工。

圖1 單伺服電機(jī)驅(qū)動C 軸傳動鏈

為改進(jìn)分度精度，消除齒輪間隙，我公司采用了雙齒輪消隙帶動大齒圈精密分度的工藝方法，通過C 軸箱上面的輸入軸Ⅰ上的一臺伺服電動機(jī)驅(qū)動，經(jīng)過多級齒輪降速后，同時驅(qū)動兩條傳動鏈來實現(xiàn)C 軸進(jìn)給，傳動鏈兩個末端齒輪分別與大齒圈正向齒面及反向齒面相接處咬合，并對大齒圈的正反齒面施加了一個大小相等方向相反的轉(zhuǎn)矩，使傳動鏈的間隙為最小，此時采用漲套卡緊活動齒輪，或采用內(nèi)外齒錯齒差法固定傳動鏈間隙，從而達(dá)到了消隙的作用，進(jìn)而實現(xiàn)高精度分度的作用。檢測以此種方式使工作臺分度，精度可達(dá)到±5”。

優(yōu)點：對于大重型機(jī)床而言，本結(jié)構(gòu)是最適合組織生產(chǎn)制造的C 軸箱，而且精度已能滿足絕大多數(shù)工件的分度要求。

缺點：機(jī)床上增加制造一個獨立的C 軸箱體，而且齒輪精度要求高，增加了較高的加工、裝配、安裝成本，也增加了機(jī)床制造安裝周期。

圖2 單伺服電機(jī)雙齒輪消隙C 軸分度傳動鏈

小齒片變齒厚消隙法是總結(jié)以上兩種優(yōu)缺點而誕生的C軸結(jié)構(gòu)，在主傳動系統(tǒng)中，主軸采用三級機(jī)械變速（中間為空檔），由電磁滑閥- 油缸實現(xiàn)，變速到位后由行程開關(guān)發(fā)信號執(zhí)行下一步動作。主傳動鏈采用直流電機(jī)連接整套齒輪降速鏈驅(qū)動大齒圈轉(zhuǎn)動，C 軸傳動鏈為單獨的進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動，當(dāng)需要C 軸工作時，主傳動必須采用空檔狀態(tài)，C 軸齒輪撥叉工作連接分度傳動鏈，在傳動鏈的末端小齒輪有消隙油缸，C 軸進(jìn)給時，油缸給予適當(dāng)油壓推動小齒片，拉動兩齒輪（斜齒）寬度，消除傳動鏈間隙。檢測以此種方式使工作臺分度，精度亦可達(dá)到±5"。

優(yōu)點：采用機(jī)、電、液集成控制，分度精度高，公用部分傳動鏈，安裝空間小。

缺點：對裝配鉗工的安裝要求較高，需要成熟完善的安裝工藝。

圖3 單伺服電機(jī)小齒片變齒厚消隙C 軸分度傳動鏈

以上三種方式均是采用機(jī)械結(jié)構(gòu)消除傳動鏈的間隙，而隨著電氣軟件系統(tǒng)的發(fā)展，為重型機(jī)械行業(yè)傳動鏈消隙提供了新的思路，采用數(shù)控系統(tǒng)軟件控制技術(shù)消除C 軸傳動系統(tǒng)間隙。即雙伺服電機(jī)主從控制消隙法，此方法為大重型數(shù)控機(jī)床近些年高精需求的尖端配置，很多廠家、用戶、學(xué)者均比較認(rèn)可此種消隙方式。采用兩套大功率主軸電機(jī)（1PH8 系列），帶動兩套主傳動齒輪傳動鏈，分別連接大齒圈，采用主從同步控制技術(shù)，使雙電機(jī)能夠很好的實現(xiàn)跟隨運動，實現(xiàn)消除傳動鏈間隙的目的。根據(jù)與哈爾濱工業(yè)大學(xué)的合作研究，我公司從理論上，到實踐上對本種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了立項，并成功應(yīng)用于各規(guī)格大重型機(jī)床。檢測以此種方式使工作臺分度，精度亦可達(dá)到±3"。

優(yōu)點：分度精度高，制造難度低，社會反響度、認(rèn)可度高。

缺點：由于采用兩套主傳動齒輪鏈，在主運動轉(zhuǎn)速較高時，齒輪易磨損，容易產(chǎn)生噪音等缺點。

圖4 雙伺服電機(jī)主從控制消隙C 軸分度傳動鏈

2 蝸輪蝸桿消隙結(jié)構(gòu)C 軸箱

筆者著重介紹一種與德國專家共同研究開發(fā)的新型二次包絡(luò)結(jié)構(gòu)蝸輪蝸桿，此種結(jié)構(gòu)蝸輪蝸桿技術(shù)在國內(nèi)多為高校理論研究或小型設(shè)備應(yīng)用上，在數(shù)控大重型機(jī)床領(lǐng)域應(yīng)用較少。二次包絡(luò)是二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的統(tǒng)稱，具有多齒嚙合、雙線接觸和潤滑角大的特點。此結(jié)構(gòu)承載能力強(qiáng)、傳遞效率高、使用壽命長，是一種高性能蝸桿傳動形式。明顯的優(yōu)于圓柱蝸桿傳動裝置，包括扭矩增加吞吐量，提高了準(zhǔn)確性，并延長使用壽命。我廠也是首次探究，在德國專家的強(qiáng)烈要求下實施應(yīng)用及試裝（德國裝配專家現(xiàn)場指導(dǎo)安裝調(diào)整），采用雙私服電機(jī)驅(qū)動兩套傳動鏈，帶動蝸桿嚙合蝸輪（與工作臺把合一體）旋轉(zhuǎn)，成功應(yīng)用于出口美國的重型立式分度工作臺上。檢測以此種方式使工作臺分度，精度亦可達(dá)到±3＂。

優(yōu)點：承載能力強(qiáng)、傳遞效率高、分度精度高，可靠性高。

缺點：制造工藝復(fù)雜、精度控制難、安裝位置調(diào)整繁瑣，需要有經(jīng)驗高水平安裝人員操作。

圖5 雙電機(jī)驅(qū)動二次包絡(luò)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)C 軸分度工作臺

3 結(jié)論

超大型立式分度工作臺是大重型機(jī)床保持良好競爭力的根基，其技術(shù)研究包含很多方面：高速重載條件下工作臺靜壓導(dǎo)軌研究、如何提高油膜剛度、分析設(shè)計制造靜壓導(dǎo)軌油腔數(shù)量、材料選擇、油膜溫度控制等，但其中重中之重就是工作臺的C 軸分度結(jié)構(gòu)及精度的設(shè)計研究，本文介紹了幾種在數(shù)控重型機(jī)床領(lǐng)域常用的C 軸分度結(jié)構(gòu)，并且以上結(jié)構(gòu)均已在實踐中得到驗證，比較成熟可靠。為了國產(chǎn)機(jī)床在未來數(shù)控重型復(fù)合機(jī)床領(lǐng)域占領(lǐng)一席之地，此方向的研究必須更加深入、專業(yè)，爭取國內(nèi)數(shù)控大重型機(jī)床以更高精、更可靠的性能在世界打響名片。